公交车钱币分离箱设计

刘晓婷 薛雅文 孟新欣 张智超 张浩男

摘要：随着中国城市化水平的加快，城市交通问题变得越来越突出。公交车作为解决城市交通问题的重要工具，具有很多优势，公交收费是公交运营的重要组成部分，直接关系到公交公司的切身利益。设计这款钱币分离箱，主要是针对无人售票公交车使用的投币箱进行功能的改造与升级，使其具有自动分离纸币、硬币，硬币数量记录，硬币数额实时统计的功能，同时对其外观进行设计，让城市公交车具有自己的风貌。本次研究首先介绍了公交车钱币分析箱在国内的发展情况。此外，还介绍了钱币分离和计数等创新技术。根据现有的系统的问题和实际需求，完成分析，在此基础上完成设计方案和模块化方案。该系统分为以下主要模块：纸币、硬币分离模块、硬币识别计数模块、硬币贮存装置等模块。

Abstract： With the acceleration of urbanization in China， urban traffic problems have become increasingly prominent. As an important tool to solve urban traffic problems， buses have many advantages， and bus charges are an important part of bus operation， which is directly related to the vital interests of bus companies. This coin separating box is designed to transform and upgrade the function of the coin box used by unmanned buses， so that it has the functions of automatically separating banknotes and coins， recording the number of coins， and counting the amount of coins in real time. At the same time， its appearance is designed to make the city buses have their own style. Firstly， this study introduces the development of bus coin analysis box in China. In addition， innovative technologies such as coin separation and counting are also introduced. According to the existing system problems and actual needs， this paper completes the analysis， and then completes the design scheme and modular scheme. The system is divided into the following main modules： paper money and coin separation module， coin identification and counting module， coin storage device and other modules.

關键词：纸币;分离箱;硬币计数器

Key words： paper money;separation box;coin counter

中图分类号：U469.13                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）30-0231-02

1  课题研究背景

“绿水青山就是金山银山”，公交车出行也是人们绿色出行的最佳方式之一，虽然公交刷卡、扫码支付已经成为大多数人的支付方式，但是仍有部分人群使用纸币或硬币来投币上车。城市之间的公交卡往往不能互通，当人们去外地城市旅游或出差，投币上车的速度要快于使用扫码支付。近年来城市交通取得了长足的进步，但仍与我们城市人口众多和交通需求的增长格格不入。由于人们对城市交通的需求远远大于城市交通供给，发生交通条件恶劣等重大问题，居民出行大大增加。因此，城市交通已成为每个人都应关注并迫切解决的热点问题。

中国已采取许多措施从根本上解决城市交通问题，包括限制汽车的购买和使用：征收道路拥堵费以及优先发展公共交通。由于该国人口众多且交通复杂，因此发展公共交通应是当务之急。公交车是公共交通的一种重要运输方式，具有很多的优势，可缓解城市交通拥堵，运输成本低，安全性高的特点，因此在不久的将来，中国的公交车部署和公交技术研发投入将会增加大。

目前市场上所广泛使用的无人售票公交车投币箱，只能将硬、纸币收纳，不能在投币时将硬币和纸币分开，无法实时统计钱币数额，后期公交公司在整理钱币时通常使用大量人工，耗费大量人力物力以及时间，而且效果并不令人满意。如果在投币时就可以将钱币和硬币分离，并且能够记录硬币数量，就可以减少大量工作的需要，使得公交车钱币分离箱有了更多的意义。

2  研究意义

在公交刷卡和手机支付如此方便的现在，钱币分离箱是否还有意义？

科技在飞速发展，作为普通人的我們在享受这些便利，但不可否认的是，有部分人群由于种种原因仍然在使用钱币。在我们普通人享受到科技发展的便利时，我们也应该去思考那些特殊人群的生活方式，毕竟不是每一位社会成员都可以跟得上时代的脚步。

中国铁路12306网站已经上线多年，大部分人也养成了网络订购火车票的习惯。但仍有一些人不会使用智能手机，习惯在火车站窗口排队购票。正是因为这一部分人及其需求还在，火车站几乎都还保留着人工窗口。这个保留，不仅仅是人性化的措施，也是“不抛弃、不放弃”的社会共同体的应有理念。

耗费大量人力物力的售票窗口尚且如此，公交车投币箱的存在也应该有意义。

3  钱币分离

3.1 硬币纸币的分离

在以往传统硬币纸币投币口的基础上，改变了项目最初的投币方式，将硬币纸币投币口直接分离，进入不同的收集箱，达到分离的目的。

3.2 硬币内部分离

投币箱内部设有滑道，硬币从滑道下落，根据孔的直径不同可将不同面值的硬币分离，经管路进入不同收集装置。

4  硬币计数设计

4.1 硬币识别模块

在硬币计数模块中有一个硬币识别模块。其有4个引脚，分为1234共4级，每一个引脚对应着不同的硬币面值。投入硬币时会压缩到弹簧四个等级引脚中的某一个，在硬币进入后，到达相应的等级，激发电信号，进行传输。数字信号，并进行记录、计算总额、储存数据。见图1。

4.2 液晶显示模块

在硬币收集和计数后，由液晶模块显示硬币的总额。

4.3 复位模块

复位是单片机的初始化操作，其主要功能是使单片机从0000H单元（首单元）开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。复位电路采用了上电自动复位和按钮复位两种方式，上电复位工作过程是在加电时，通过10uF的电解电容给复位端一个短暂的高电平信号;按键电路工作过程是当按键按下时，通过电阻R85、R9把复位锁定到高电平，由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，因此完全能够满足复位的时间要求。

5  机械结构设计

系统由投币口、滑道、计数器、收集箱等几个模块组成，各个环节相互配合，完成钱币的分离与收集、计数。在设计时，首先完成各个零件或组件，然后根据需要进行组装，每个零件彼此参照以形成一个相互连接的整体。系统的结构设计要求各个滑道精密配合，已保证硬币能够顺利滑下并且掉入既定的孔和收集箱内。实物使用亚克力板进行拼装。设计塑料零件时，应考虑以下设计经验和准则。

①合理的壁厚以防止收缩。塑料零件在注塑过程中会收缩，冷却后会收缩。壁厚不应太厚，不同壁厚之间的过渡应均匀。如果需要较厚的壁厚，则可以使用中空处理。壁厚不能太薄，否则，将发生诸如翘曲和变形的缺陷。②各滑道的设计安装角度应该合理，避免大小硬币之间叠摞使得小硬币落入大的孔洞中，避免因为滑道坡度过大或过小影响硬币的正常滑落，如：坡度过大，使得硬币滑落速度过大;坡度过小，摩擦力大，使得硬币不能按照既定的轨道路线落入收集箱内。③避免倒角：过渡位置，并避免由于应力集中而产生锐利边缘。④具有相同或相似功能的塑料零件应采用统一的结构以降低模具成本。

图2和图3分别为：计数器实物图和投币箱实物图。

6  结论

本次设计总结了钱币分离系统的缺点和问题以及发展状况。从实际角度看，需要进行需求分析和设计方案;为了把公交车钱币分析系统的设计和实施分成几个部分：机械结构设计，设计计数模块，模块结构修整等结果满足了功能需求，并设计了预期效果。

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作者简介：刘晓婷（1964-），女，河北唐山人，副教授，工学学士，研究方向为机械加工、工程材料;薛雅文（1997-），女，陕西延安人，本科在读，研究方向为能源与动力工程;孟新欣（1998-），女，陕西咸阳人，在读本科，研究方向为能源与动力工程;张智超（1998-），男，陕西宝鸡人，本科在读，研究方向为机械电子工程;张浩男（1999-），男，陕西铜川人，本科在读，研究方向为机械电子工程。